JP2848704B2 - 処理装置チャンバ内におけるウェーハ膨張の光学的測定による半導体ウェーハ温度決定 - Google Patents

処理装置チャンバ内におけるウェーハ膨張の光学的測定による半導体ウェーハ温度決定

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、密封チャンバ内で処理されつつある半導体
ウェーハのような物品の温度決定、更に特にウェーハの
監視及び制御のためにウェーハ温度を瞬時に決定する無
接触方法に関する。
発明の背景 半導体ウェーハのような薄い、平坦な物品の処理にお
いては、物品は、密封真空チャンバ内での処理のために
しばしば高温度へ加熱される。ウェーハの熱処理は、と
きにはコーティング又はエッチングプロセスの必要な又
は付随的な要素であり、ときには短時間熱処理、アニー
リング、又はガス抜きにおけるように、プロセスの本質
そのものである。
半導体ウェーハが通常処理される真空処理チャンバの
ような密封チャンバ内では、種々の温度機構が採用され
てきた。例えば、ウェーハに付着された又は接触して保
持された又はウェーハサポート内に取り付けられた熱電
対は、温度変化に応答するのが遅く、かつしばしばウェ
ーハの汚染源を導入する。他方、熱電温度計（pyromete
rs）は、処理されつつある物品との直接接触を回避する
かもしれないが、しかしウェーハ又はこれに付加された
被覆（coatings）を作っている材料の放射率に敏感であ
ると云う欠点を有する。放射率は、また、処理中に変化
しがちである。
物品の熱膨張を測定することによってその温度を間接
的に測定する光学的方法が、提案されている。これらの
光学的方法は、一定でありかつ信頼性を以て決定され得
る、ウェーハの構造上のコアを形成する材料の熱膨張係
数にのみ関係していると云う利点を提供する。このよう
な提案された方法は、物品の画像の形成を含んでおり、
かつ物品い接近して置かれる光学センサのような機器を
要求しており、それらの正確性がチャンバ内のプロセス
によって影響される。このような方法は、実際上は、オ
フラインで使用され、かつそのように使用されるところ
では、大気屈折が測定プロセスの正確性を損なうことが
ある。
半導体ウェーハのような物品が処理用密封チャンバ内
のサポート上に取り付けられるところでは、特に、ガス
抜き又は他の熱処理プロセスにおける場合にしばしばそ
うであるようにウェーハがバッチで処理されるところで
は、サポートの不整列又はひずみがウェーハ位置を変化
させかつ光学的温度決定方法を不信頼性にすることがあ
る。
国際特許出願WO92/21011（1992年11月26日発行）は、
様々な温度におけるウェーハの縁の位置の変化を、焦点
合わせ技術を使用して、決定するために光学システムを
使用してウェーハの熱膨張を測定する方法及び装置を記
述する。幾何学的測定が、ウェーハの熱膨張係数を使用
して物体の温度を決定するために採用されることがあ
る。
ウェーハ温度を正確にかつ瞬時に決定するために、特
に密封チャンバ内の半導体ウェーハの処理に有効な、更
に特に多数のウェーハが同時に処理される処理に有効な
温度決定方法及び装置に対する要求がある。更に、物品
の正確性及び位置決め、物品放射率の変化又は被測定媒
体の気圧によるひずみのような測定誤り源によって余り
影響されないような温度決定方法を提供することへの要
求がある。
発明の要約 本発明の主目的は、例えば、半導体ウェーハ処理機械
の真空チャンバ内で処理中に半導体ウェーハのような薄
い板状の物品の温度を瞬時にかつ正確に決定する方法及
び装置を提供することである。
スタックされた複数のウェーハが同時に処理させると
ころの半導体ウェーハ処理機械のガス抜きチャンバ内の
ような、その熱処理モジュール内の温度測定又は温度制
御に使用され得る温度決定システムを提供することが、
本発明の一層の特定目的である。
処理チャンバ内の外側に配置された構成要素を採用
し、該チャンバ内の物体の温度を瞬時的にかつ正確に決
定する無接触瞬時温度決定方法及び装置を提供すること
が、本発明の更に一層の特定目的である。
ウェーハ位置決め誤り又は寸法許容誤差に対して低感
度を有し、及び他の点でも先行技術の問題を克服する熱
膨張光学的測定システムを提供することが、本発明の追
加の目的である。
本発明に従って、処理装置の処理チャンバ内で１つの
面内に横たわる、既知の熱膨張係数を有する材料の、薄
い平坦物品の温度を決定しかつ熱処理する方法、この方
法は、既知の基準温度においてチャンバ内に物品を支持
するステップ、各光ビームからの光の部分が基準温度に
あるときの物品の対向する縁によって遮断されるように
チャンバを通るそれぞれの通路に沿って少なくとも１つ
の光源からの平行光の１対の間隔を取ったビームを通過
させるステップ、光源と反対に位置決めされた少なくと
も１つの光センサで以て、光源とはこの縁に関して反対
に到達するビームからの遮断されなかった光の量をセン
シングしかつセンシングされた光に応答して、これらの
縁の位置を表示する基準信号を発生するステップ、基準
信号を記憶するステップ、物品の温度を変化させるステ
ップ、各光ビームからの光の部分が処理温度にあるとき
の物品の対向する縁によって遮断されるように光源から
かつチャンバを通る通路に沿って平行光の１対の間隔を
取ったビームを更に通過させるステップ、処理温度にあ
るとき、センサで以てビームからの遮断されなかった光
の量をセンシングし、かつセンシングされた光を応答し
て、これらの縁の位置を表示する測定信号を発生するス
テップ、記憶された基準信号と測定信号とから、基準信
号の大きさと測定信号の大きさとの間の差に応答性のか
つ基準温度と処理温度とにおける物品の寸法間の差を表
示する寸法化信号を発生するステップ、及び材料の既知
の膨張係数と寸法変化信号とから処理温度を導出するス
テップとを含む。更に、上記通路は上記物品が横たわる
面に対して角をなして傾斜させられ、かつ、この面に垂
直な軸に対して角をなして傾斜させられている。又、上
記物品はチャンバ内で上記面に平行な面にかつ１つの軸
に沿ってスタックされた複数のうちの１つであるウェー
ハである。
本発明に従って、ウェーハを処理すべき温度に維持す
るチャンバを有し既知の熱膨張係数を有する材料の半導
体ウェーハを処理する装置は、チャンバ内で１つの面内
に、温度を監視されるべきウェーハを支持するウェーハ
サポートであって、ウェーハがサポート上に支持される
ときこの面内に横たわる１対のほぼ対向する縁セクショ
ンを有する、このサポートと、各光ビームからの光の部
分が、サポートに対して固定されたそれぞれの通路を横
切るウェーハの全体的に対向する縁セクションの位置に
相当する量だけ、これらの縁セクションによって遮断さ
れるように、光源手段からかつこれらそれぞれの通路に
沿って平行光の１対の間隔を取ったビームを指向させる
ためにウェーハのこれらの縁セクションから間隔を取ら
された少なくとも１つの光源手段、ビームからの遮断さ
れなかった光の量を検出するために光源手段とはウェー
ハのこれらの縁セクションに関して反対に位置決めされ
た少なくとも１つの光センサ手段、センサへ照射するビ
ームからの遮断されなかった光の量に応答して監視信号
を発生する監視信号発生手段、第１温度にあるウェーハ
について発生された監視信号に応答して情報を記憶する
記憶媒体、サポート上のウェーハの温度を第２温度へ変
化させる温度コントロール、及び第１温度と第２温度と
の間の差を表示する出力信号を発生するために記憶され
た情報、既知熱膨張係数、第２温度にあるウェーハにつ
いて発生された監視信号と応答性の回路を含む。更に、
上記ウェーハサポートは、チャンバ内で１つの軸に沿っ
て平行面にスタックされた、温度を監視すべき上記ウェ
ーハを含む、複数のウェーハを支持するラックを含み、
上記光源手段は、そこからの光が上記スタックされた複
数のうちの１だけのウェーハの縁部によって遮断される
ように上記通路が上記軸に対して角をなして傾斜させら
れるように配向されるている。
本発明の原理に従って、半導体ウェーハ処理機構の真
空処理チャンバのような、密封チャンバ内で処理中に、
既知の熱膨張係数を有する材料で形成された半導体ウェ
ーハのような、薄い板状の物品の温度を決定する方法及
び装置が、提供される。本発明の原理に従って、ウェー
ハの寸法の変化は、このウェーハが第１既知温度から第
２未知温度へ加熱又は冷却されるに従い測定される。こ
のような測定に対する要求は、例えば、ウェーハが大気
温度条件にある処理モジュール内に置かれ、かつ次いで
ウェーハが第２温度へ加熱されこの温度で熱的に処理さ
れ又は或る他の処理に付されこれらの処理中に温度を監
視され又は制御されなければならないところでは、典型
的である。
物品は周知の初期温度にある処理用チャンバ内に置か
れ、かつその縁はほぼ対向する部分の初期位置が決定さ
れる。次いで、縁位置情報が記憶される。次いで、ウェ
ーハの温度が、通常、ウェーハが処理されるべき所望処
理温度の方向への加熱によって、変化させられる。次い
で、同じ縁部分の位置が再び決定され、かつこの決定及
び縁部分の初期決定の記憶情報から、ウェーハの膨張の
量が計算される。縁部分間の全距離及び膨張係数は既知
であるから、第２すなわち未知温度が計算される。この
計算から、出力信号が、発生されかつ監視目的用出力デ
バイスへ連絡されるか又は処理温度の制御用制御回路へ
帰還される。
好適装置に従って、サポートが、温度を監視されるべ
きウェーハを処理チャンバ内の１つの面内に保持するた
めに、このチャンバ内に配設される。好適には、レーザ
から発射れるコヒーレント光のような平行光の光源が、
１対の間隔を取ったビームを、ウェーハのそれぞれ対向
する縁が占領すると見込まれる場所と交差するように位
置決めされた２つの好適平行路に沿って、指向させる。
これらの２つのビームは公称幅を有し、及びウェーハ縁
は各光源からの光の部分を遮断するが、しかし全部は遮
断しないように、各ビームを部分的に横断して拡がる。
光源とはウェーハ縁の各々に関して反対に、１対の間
隔を取ったセンサ又は検出器が配設される。これらの検
出器は、好適には、これらを照射する光源からの光の量
に応答性である。したがって、検出器は、好適には、光
源からの、ウェーハ縁によって遮断されなかった、セン
サに達する光の量を表示するアナログ信号出力を生成す
る。好適にはまた、２つのセンサの出力は加算されるの
で、ウェーハの２つの縁間の寸法又は距離が変化してい
ない限り、これらウェーハの端対端の不整列はセンサに
達する遮断されなかった光の総量を変化させることはな
い。温度変化に起因するウェーハの膨張は、ウェーハの
寸法を増大させ、より多くの光を遮断しかつセンサを照
射する全光エネルギーを減少させる。したがって、生成
された加算アナログ信号は、ウェーハの膨張に関連して
変動する。
好適には、センサの出力は既知初期温度においてまず
測定され、かつ結果がディジタル化され、かつ記憶デバ
イスに記憶される。次いで、ウェーハが加熱された後に
センサの出力が測定され、かつ測定の結果がディジタル
化される。次いで、ディジタル化結果が材料の膨張係数
のようなパラメータと共にマイクロプロセッサへ送ら
れ、かつ現在温度が直ちに計算される。
本発明の原理に従って、変位したウェーハがビームを
完全に逃すのを防止することによって、温度を測定して
いるウェーハの面に垂直な軸の方向における僅かな変位
が測定プロセスに余り有害でないように、光ビームは、
ウェーハの面に対して角度をなすようにする。ウェーハ
がバッチで処理されかつ処理チャンバ内にスタックに配
置される１好適実施例においては、２つ以上のウェーハ
がビームの通路内に横たわることになるので、軸に平行
な光ビームの配向は好ましくない。このようなスタック
されたウェーハは、各々分離面に横たわり、かつそれら
の面に垂直である共通軸に沿って間隔を取ることにな
る。この応用においては、ビームは、ウェーハの面及び
軸の両方に対して角度を作らされ、及び、好適にはスタ
ックの１つのウェーハだけと交差するように、ビームが
傾斜され得る面に関して最大角度で傾斜させられる。
更に、好適実施例に従って、１つ以上のビームが、１
つのウェーハの対向する縁セクションの各々へ提供さ
れ、及びサポートがビームの最大遮断が起こるまで上、
下に調節され、それによって、ウェーハをビームに対し
て最も中心に正確に置く。光ビームが測定中のウェーハ
の面に平行に指向されるところでは、軸方向に間隔を取
らされた２つのばねがこの軸方向調節についての情報を
提供し有利である。しかしながら、好適には、ウェーハ
の２つの対向する縁の各々への単一傾斜ビームが軸方向
調節の広い範囲にわたって連続的に変動する信号を生成
し、かつセンサでそのように生成された出力信号が最大
又は最小を有し、これに対する最適変位のためにウェー
ハ位置が軸方向に調節される。
本発明は、温度の瞬時測定のために提供され、かつ実
時間温度監視又は温度帰還制御に有効である。その測定
は、許容誤差又は処理モジュール内での単一ウェーハ又
はウェーハのスタックの軸方向位置決めにおける誤りの
ような、誤り生成条件に対して低感度を有する。
本発明のこれら及び他の目的及び利点は、図面につい
ての次の詳細な説明から一層判り易くなり、これらの図
面において、 図面の簡単な説明 第１図は、特にシリコンウェーハ処理クラスタツール
用の、かつその中に密封された真空チャンバを有し、こ
のチャンバ内で本発明の１実施例に従って熱処理のため
に水平に配向されたウェーハの垂直スタックが支持され
る、ガス抜きモジュールの、部分切取り斜視図である。
第２図は、第１図のモジュールの信号処理及び制御回
路、及び温度を測定されるべきウェーハの縁に関する１
対の光ビームの位置決めを、ブロック形で線図的に図解
する上面図である。
第３図は、ウェーハの面に平行な光ビームを図解する
第２図の線図の側面図である。
第４図は、第３図に類似の、しかしウェーハがその実
位置から軸方向に変位された線図である。
第５図は、光ビームがウェーハの面及び軸の両方に対
して角をなして傾斜させられている本発明の他の好適実
施例の側面図である。
第６図は、第５図に類似の、しかしウェーハがその理
想位置から軸方向へ変位させられている図である。
第７図は、本発明の他の好適実施例に従ってウェーハ
の軸に平行に配向された光ビームを図解する線図であ
る。
第８図は、第３及び４図の配置で以てウェーハ位置の
関数としてのセンサ出力を図解する線図である。
第９図は、第５及び６図の配置で以てウェーハ位置の
関数としてのセンサ出力を図解するグラフ又は線図であ
る。
第10図は、軸方向に間隔を取る１対の光ビームが第３
及び４図のそれらが採用されるように配向される場合
の、センサ出力を図解する１対のグラフである。
発明の実施の形態 第１図を参照すると、半導体ウェーハ処理クラスタツ
ールの半導体ウェーハバッチ予熱モジュール10が図解さ
れている。
モジュール10は、密封ハウジング11を含みこれが真空
チャンバ12を囲いこのチャンバ内でウェーハ14が処理さ
れる。モジュール10によって構成される応用において
は、遂行される処理は、半導体ウェーハ処理装置の他の
モジュール内でのウェーハの処理の前に、吸収ガス又は
蒸気を除去する目的のために、ウェーハ14を予熱する又
は予状態調整すると云う処理である。モジュール10内
で、ウェーハ14は、多重ウェーハサポート又はラック16
内に支持され、これの上に垂直にスタックされる。ウェ
ーハ14は、典型的には、円形の薄い平坦板すなわち平坦
ディスクであって、厚さ約0.75ミリメートル、及び直径
150又は200ミリメートル又は更に大きい。ラック16上に
スタックされるとき、ウェーハ14の各々は、水平面内に
横たわりかつ垂直軸18に沿いスタック上の隣接のウェー
ハから間隔を取りかつ整列させられる。
ラック16は、チャンバ12内で、垂直に運動可能かつ回
転可能のエレベータ20上に支持される。ラック16は、４
つの水晶ロッド24内の複数のスロット22によって形成さ
れた複数のウェーハホルダを有する。エレベータ20の垂
直に割り出し（index）されてスロット22をハウジング1
2内のウェーハ装荷ポート26に整列させるに従い、ウェ
ーハ14が個別にラック16内へ装荷される。ポート26は、
ハウジング11の内側真空チャンバ12とウェーハ転送モジ
ュール28の内部真空チャンバとの間を密封裡に連絡し、
この転送モジュールはロボット式ウェーハ取扱い機構
（図示されていない）内に支持されており、この機構は
ウェーハをモジュール10のガス抜きチャンバ12に及びこ
れから、並びにウェーハ処理装置の他の処理モジュール
へ及びこれから転送する。チャンバ12内の真空は、ハウ
ジング11を通してチャンバ12に接続された従来の低温真
空ポンプ30によって維持される。
モジュール10で以て遂行されるバッチ予熱処理のよう
な典型的熱処理プロセスにおいては、エレベータ20がポ
ート26に次から次へと割り出される。（indexed）に従
い、ウェーハ14は開ゲート弁26を通してかつラック16の
スロット又はホルダ22内へ個別に装荷される。次いで、
真空チャンバ12が転送モジュール28のチャンバにおける
それと同じレベルになると、ゲート弁27が閉じられる。
このときウェーハ14は一般に既知初期温度にあり、この
温度は転送モジュール28内のチャンバの温度及びモジュ
ール10を囲む大気又は室の温度である。
予熱又はガス抜きプロセスにおいて、チャンバ12は、
転送モジュール28のそれと異なる圧力へ変化させられる
か又はポンプ組立30の動作を通して同じ圧力に維持され
ることがある。そのプロセス中、密封チャンバ12内でラ
ック16上にスタックされるウェーハ14は、ハウジング11
の反対壁内の水晶窓34の背後でチャンバ12の外側上でこ
のチャンバの反対側上に組を成して配置されたランプ32
を有する放射ヒータ31の附勢によって、高温度へ均一に
持たらされる。例えば、500℃である云えるこの高又は
処理温度は、或る所定時間、例えば、15分にわたって維
持されるべきであり、この間中、処理温度を監視しかつ
制御しなければならない。
温度の測定は、まず既知初期温度においてかつ次に処
理温度において、１つのウェーハの直径を測定すること
によって達成される。次いで、２つの温度の間のウェー
ハの熱膨張が計算され、かつ既知である初期温度、ウェ
ーハの膨張係数及びウェーハの初期直径から、処理温度
を決定するための計算が行われる。
ウェーハ膨張の測定は、チャンバ12のハウジング11の
外側に取り付けられた１対の光源42から１対の平行光ビ
ーム40を、ビューポート44を通し、かつスタックのウェ
ーハ14の１つの対向する縁部分を越して通過させること
によって達成される。２つのビーム40は、ウェーハの対
向する縁によって影を付けられ、かつ各々からの光の遮
断されなかった部分は光源42とはチャンバ12に関して反
対側上のビューポート46の外へ直線に沿って通過し、こ
こで各ビームからの遮断されなかった光の量が、第２図
の線図に更に特に図解されるように、同様に間隔を取っ
た１対の光センサによって測定される。
第２図を参照すると、本発明の測定技術が、一層良く
図解されている。第２図において、ウェーハ14の１つ
が、水平面内に横たわる上面図において示されている。
ウェーハ14は、垂直軸18上に中心を有し、かつ既知直径
Ｄのものである。ウェーハ14の直径Ｄばかりでなく、そ
の初期温度、及びウェーハを作っている材料、通常、シ
リコンの膨張係数が、コンピュータ50に関連したメモリ
デバイス内に記憶される。種々のウェーハ14は互いに僅
かに異なる直径を有するが、この変動は温度測定プロセ
スに無視可能の影響しか持たない。例えば、200mmウェ
ーハの直径Ｄの決定における１ミリメートルの偏差は、
処理温度と初期温度との間の差の測定に約１パーセント
の半分の誤りを生じることになる。
直径が測定されつつあるときのウェーハ14の温度にお
けるウェーハ14の直径を表示するディジタル値が、コン
ピュータ50への線路52上に入力される。この信号は、平
行光ビーム40を生成する能力のある１対のレーザ42又は
他の光源を附勢することによって生成される。レーザ42
は、レーザコントローラ54によって制御される。光源42
は、活性化されるとき、平行光の２つのビーム40を発生
し、これらは平行ビームになってチャンバ12を通り、各
々、光源42とは反対のチャンバ12の外側の１対の光検出
器48のそれぞれ１つに、チャンバ12の外側から照準を定
められる。検出器48の各々は、光ビーム40からのエネル
ギーを受けかつ線路56のそれぞれ１つ上にアナログ信号
を生成し、各信号は検出器48によって受けられたレーザ
ビームを形成する光の量に全体的に比例する。線路56上
のアナログ信号は、１対の増幅器58によって増幅され、
かつ加算増幅器60内で加算されて、線路62上に合成アナ
ログ信号を生成し、この信号はウェーハ14の直径と共に
全体的に変動する。
ウェーハ14は、その対向する縁55をビーム40の通路内
へ広げて有し、検出器48へ照射する光に影を付ける。ウ
ェーハ14の直径Ｄの変化は、ウェーハ14の直径が増大す
る従って検出器48へ照射する光の量の減少を持たらす。
ウェーハの水平位置はビームを横切って変動させられる
ので、１つの検出器48からの信号が増大する一方、他の
検出器48からの信号は減少し、したがって線路62上のア
ナログ和は同じままであると云うことにおいて、増幅器
60による線路56からの信号の加算は、ビーム40に対する
ウェーハ14の水平変位のどんな誤りも消去する。線路62
上の信号は、次いで、アナログ−ディジタル変換器64に
よって線路52上のディジタル信号に変換される。
動作中、ウェーハ14は、まずそれがチャンバ12内へ装
荷された際の初期室温において測定されて線路52上にデ
ィジタル信号を生成し、この信号がコンピュータ50のメ
モリデバイスに記憶される。次いで、ヒータ32がヒータ
コントロール66によって活性化されて、ウェーハの温度
をほぼ処理温度へ上げるウェーハ14の温度が上昇するに
従い、直径Ｄが増大して、検出器48を照射する光の量を
減少させかつ線路56上の信号に相当する変化を生成す
る。この信号は増幅器58によって反転されて線路62上に
信号を生成し、これがウェーハ14の膨張に比例して増大
する。
したがって、加熱されたウェーハの実際温度は線路52
上のディジタル数字に反映され、これが熱膨張に起因す
るウェーハの増大した直径に相当する。この数字は、次
いで、コンピュータ50に入力され、ここで、それが、メ
モリデバイス51内に記憶された膨張係数、ウェーハの初
期直径、及び初期温度に関連したほぼ線形アルゴリズム
に従って処理されて、計算された出力温度信号を温度出
力デスプレイ70への線路68上に生成する。この温度出力
信号は、また、ヒータコントローラ66への制御信号の形
で制御線路72に沿って帰還され、ヒータ32に帰還制御を
瞬時に施してチャンバ12内の温度の制御に供される。
光ビーム40は、第３図に図解されたように、ウェーハ
14の面内に横たわるように水平に指向させられることが
ある。しかしながら、この配置にあっては、ウェーハ14
がビーム40と整列するためにエレベータ20の垂直調節に
よって精確に位置決めされるすることを保証する必要が
ある。そうでなければ、ビーム40は、第４図の線図に図
解されたように薄いウェーハ14を完全に逃すかもしれな
い。実際、チャンバ12内の温度を上昇させるに従い、ラ
ック16の熱膨張がウェーハ14ののような高さの変化を起
こさせることもあり得る。
この高さ位置に対する感度を低下させるために、好適
実施例は、第５及び６図、及びまた第１図に図解された
ように、ウェーハ14の面73に小さい角をなして傾斜させ
られた光ビーム40を利用する。そのように傾斜させられ
ると、第６図に図解されたような高さ変化の結果、検出
器48に達する光の量の許容不可能な誤りを起こすであろ
う実質的な程度にまで、光ビーム40がウェーハ14を逃す
公算が少なくなる。角74が大きくなればなるほど、ウェ
ーハ14の垂直変位によって生じる誤りがそれだけ深刻で
なくなる。したがって、第７図に図解されるように、光
ビーム40を90°の角をなして傾斜させ、かつそれによっ
てウェーハ14の軸18に平行にすることで以て、いかなる
大きさの高さ変化も全然誤りを生じないことになる。し
かしながら、スタック内に採用されるように複数のウェ
ーハ14がある場合、光ビーム40は、ウェーハ14のうちの
１つだけ指向されなければならない。したがって、光ビ
ーム40はまた軸18に対しても角をなして傾斜させられる
べきであり、この角は、ビーム40がスタックの２つ以上
のウェーハ14によって遮断されるのを防止するために充
分に大きい角度である。
ウェーハ14がビーム40と適正に整列させているために
エレベータ20の調節が必要であるところでは、光源42及
び検出器48は、また、この位置決めのために使用される
ことがある。第３、４、及び８図を参照すると、線路62
上の出力又は監視信号は、ウェーハがその面に平行であ
るビーム40を通して出入するに従い、第８図に示された
階段関数の形を取ると云える。
第５図に示されたような傾斜ビーム40にあっては、線
路62上の信号は、第９図のグラフによって表示される。
この連続関数の最大値を、エレベータ20を調節すること
によってラック16上のウェーハ14を適正に位置決めする
ように、捜索することができる。
第３及び４図の水平配置にあっては、このような垂直
エレベータ調節を、２組の垂直に間隔を取ったビームを
生成する２レベルのセンサ及び光源を採用することによ
って、行うことができる。このようにしておいて、信号
を出力すると第10図に示されたような結果となり、これ
がエレベータ調節用の情報を提供すると云える。
上の実施例の説明は、本発明の実施例の或るものにつ
いてに過ぎないことは、当業者によって認められるであ
ろう。したがって、その原理に反することなく追加及び
変更がなされることがある。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−270840（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−77053（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−216526（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−83634（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−80351（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/66 H01L 21/324 G01N 25/16 G01K 5/52

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】処理装置の処理チャンバ内で１つの面内に
    横たわる、既知の熱膨張係数を有する材料の、薄い平坦
    物品の温度を決定しかつ熱処理する方法であって、既知
    の基準温度において前記チャンバ内に物品を支持するス
    テップと、各光ビームからの光の部分が前記基準温度に
    あるときの前記物品の対向する縁によって遮断されるよ
    うに前記チャンバを通るそれぞれの通路に沿って少なく
    とも１つの光源からの平行光の１対の間隔を取ったビー
    ムを通過させるステップと、光源と反対に位置決めされ
    た少なくとも１つの光センサで以て、前記光源とは前記
    縁に関して反対に到達するビームからの遮断されなかっ
    た光の量をセンシングし、かつ前記センシングされた光
    に応答して、前記縁の位置を表示する基準信号を発生す
    るステップと、前記基準信号を記憶するステップと、前
    記物品の温度を変化させるステップと、処理温度へ各光
    ビームからの光の部分が前記処理温度にあるときの前記
    物品の前記対向する縁によって遮断されるように前記光
    源からかつ前記チャンバを通る前記通路に沿って平行光
    の１対の間隔を取ったビームを更に通過させるステップ
    と、前記処理温度にあるとき、前記センサで以て前記ビ
    ームからの遮断されなかった光の量をセンシングし、か
    つ前記センシングされた光を応答して、前記縁の位置を
    表示する測定信号を発生するステップと、前記記憶され
    た基準信号と前記測定信号とから、前記基準信号の大き
    さと前記測定信号の大きさとの間の差に応答性のかつ前
    記基準温度と前記処理温度とにおける前記物品の寸法間
    の差を表示する寸法変化信号を発生するステップと、前
    記材料の前記既知の膨張係数と前記寸法変化信号とから
    前記処理温度を導出するステップとを含み、 前記通路は前記面に対して角をなして傾斜させられ、 前記通路は前記面に垂直な軸に対して角をなして傾斜さ
    せられ、 前記物品は前記チャンバ内で前記面に平行な面にかつ１
    つの軸に沿ってスタックされた複数のうちの１つである
    ウェーハである、方法。
  2. 【請求項２】処理装置の処理チャンバ内で１つの面内に
    横たわる、既知の熱膨張係数を有する材料の、薄い平坦
    物品の温度を決定しかつ熱処理する方法であって、既知
    の基準温度において前記チャンバ内に物品を支持するス
    テップと、各光ビームからの光の部分が前記基準温度に
    あるときの前記物品の対向する縁によって遮断されるよ
    うに前記チャンバを通るそれぞれの通路に沿って少なく
    とも１つの光源からの平行光の１対の間隔を取ったビー
    ムを通過させるステップと、光源と反対に位置決めされ
    た少なくとも１つの光センサで以て、前記光源とは前記
    縁に関して反対に到達するビームからの遮断されなかっ
    た光の量をセンシングし、かつ前記センシングされた光
    に応答して、前記縁の位置を表示する基準信号を発生す
    るステップと、前記基準信号を記憶するステップと、前
    記物品の温度を変化させるステップと、処理温度へ各光
    ビームからの光の部分が前記処理温度にあるときの前記
    物品の前記対向する縁によって遮断されるように前記光
    源からかつ前記チャンバを通る前記通路に沿って平行光
    の１対の間隔を取ったビームを更に通過させるステップ
    と、前記処理温度にあるとき、前記センサで以て前記ビ
    ームからの遮断されなかった光の量をセンシングし、か
    つ前記センシングされた光を応答して、前記縁の位置を
    表示する測定信号を発生するステップと、前記記憶され
    た基準信号と前記測定信号とから、前記基準信号の大き
    さと前記測定信号の大きさとの間の差に応答性のかつ前
    記基準温度と前記処理温度とにおける前記物品の寸法間
    の差を表示する寸法変化信号を発生するステップと、前
    記材料の前記既知の膨張係数と前記寸法変化信号とから
    前記処理温度を導出するステップとを含み、 前記導出された処理温度に応答して制御信号を発生する
    ステップと、前記制御信号に応答して前記処理温度を制
    御するステップとを含み、 前記ビームは前記チャンバの外側の少なくとも１つの光
    源からかつ前記チャンバを通るそれぞれの通路に沿って
    通過させられ、かつ前記遮断されなかった光は前記光源
    とは反対の前記チャンバの外側に位置決めされた少なく
    とも１つのセンサによってセンシングされ、 各ビームからの前記遮断されなかった光は別々のセンサ
    によってセンシングされ、かつ前記基準信号と前記測定
    信号とは前記センサによって前記センシングされた遮断
    されなかった光の和に応答して発生され、 前記通路は前記面に対して角をなして傾斜させられ、 前記通路は前記面に垂直な軸に対して角をなして傾斜さ
    せられ、 前記物品は前記チャンバ内で前記面に平行な面にかつ１
    つの軸に沿ってスタックされた複数のうちの１つである
    ウェーハである、方法。
  3. 【請求項３】ウェーハ（14）を処理すべき温度に維持す
    るチャンバを有し既知の熱膨張係数を有する材料の半導
    体ウェーハ（14）を処理する装置であって、前記チャン
    バ（12）内で１つの面（72）内に、温度を監視されるべ
    きウェーハ（14）を支持するウェーハサポート（16）で
    あって、前記ウェーハ（14）が前記サポート（16）上に
    支持されるとき前記面内に横たわる１対のほぼ対向する
    縁セクション（55）を有する、前記サポートと、各光ビ
    ーム（40）からの光の部分が、前記サポート（16）に対
    して固定されたそれぞれの通路を横切る前記ウェーハ
    （14）の全体的に対向する前記縁セクション（55）の位
    置に相当する量だけ前記縁セクション（55）によって遮
    断されるように、光源手段からかつ前記それぞれの通路
    に沿って平行光の１対の間隔を取ったビーム（40）を指
    向させるために前記ウェーハ（14）の前記縁セクション
    から間隔を取らされた少なくとも１つの前記光源手段
    （42）と、前記ビーム（40）からの遮断されなかった光
    の量を検出するために前記光源手段（42）とは前記ウェ
    ーハ（14）の前記縁セクション（55）に関して反対に位
    置決めされた少なくとも１つの光センサ手段（48）と、
    前記センサへ照射する前記ビームからの前記遮断されな
    かった光の量に応答して監視信号を発生する監視信号発
    生手段と、第１温度にある前記ウェーハ（14）について
    発生された監視信号に応答して情報を記憶する記憶媒体
    （51）と、第２温度へ前記サポート（16）上の前記ウェ
    ーハ（14）の温度を変化させる温度コントロール（66）
    と、第１温度と第２温度との間の差を表示する出力信号
    （68）を発生するために前記記憶された情報と、前記既
    知熱膨張係数と、第２温度にある前記ウェーハについて
    発生された監視信号とに応答性の回路（50）とを含み、 前記ウェーハサポートは、前記装置の前記チャンバ（1
    2）内で１つの軸（18）に沿って平行面にスタックされ
    た、温度を監視されるべき前記ウェーハ（14）を含む、
    複数のウェーハ（14）を支持するラック（16）を含み、
    前記光源手段（42）は、それからの光が前記スタックさ
    れた複数のうちの１つだけのウェーハの縁セクション
    （55）によって遮断されるように前記通路が前記軸（1
    8）に対して角（74）をなして傾斜させられるように配
    向される、装置。
  4. 【請求項４】請求の範囲第３項に記載の装置において、
    前記光源手段（42）と前記光センサ（48）とは前記通路
    の両端部において前記チャンバ（12）の外側に配置さ
    れ、 １対の光センサ（48）が配設され、各々がそれぞれのビ
    ームからの前記遮断されなかった光をセンシングし、か
    つ、前記出力信号発生器（50）は前記センサ（48）によ
    ってセンシングされた前記遮断されなかった光の和に応
    答性であり、 前記光源手段は前記通路に沿って光のビームを発生する
    少なくとも１つのレーザ（42）を含む、装置。
JP5518443A 1992-04-15 1993-04-05 処理装置チャンバ内におけるウェーハ膨張の光学的測定による半導体ウェーハ温度決定 Expired - Lifetime JP2848704B2 (ja)

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